一种季铵盐改性的SiO2纳米材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提出了一种季铵盐改性的SiO2纳米材料及其制备方法和应用。本发明专利技术基于SiO2纳米微球的表面改性技术，成功制备出了季铵盐改性的SiO2纳米材料，纳米粒子粒径为50nm，具有良好的界面效应和驱油能力；同时，形成了可应用于压裂液体系的纳米粒子合成及改性方法，使纳米粒子能够较好的分散在聚合物清洁压裂液中，并具有很好的配伍性及稳定性。并具有很好的配伍性及稳定性。并具有很好的配伍性及稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种季铵盐改性的SiO2纳米材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及油田化学
，尤其涉及一种季铵盐改性的SiO2纳米材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]石油开采可分为三个阶段。一次采油是依靠地层能量进行自喷开采，产量约占蕴藏量的5％
‑
20％。在地层能量释放以后用人工注水或注气的方法，增补油藏能量，维持地层压力，使原油得到连续开采，称之为二次采油，其采收率约为15％
‑
20％。当二次采油开展几十年后，剩余油以不连续的油块被捕集在油藏砂岩孔隙中，此时采出液中含水85％
‑
90％，有的甚至高达98％，这时开采已没有经济效益。为此约有60％
‑
70％的原油只能依靠其它物理和化学方法进行开采，这样的开采称之为三次采油，国外亦称EOR(Enhanced Oil Recovery)技术。
[0003]目前，聚合物清洁压裂液驱油技术被广泛用于我国三次采油技术当中，利用聚合物驱油会有大量的聚合物留存与地下，造成浪费的同时还会造成产出液处理的困难，且在很多区块，注聚后产油量迅速下降。
[0004]因此，改良目前现有的聚合物清洁压裂液体系，提高采油率，是油田开采中亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中的上述问题，本专利技术提出了一种季铵盐改性的SiO2纳米材料及其制备方法和应用。
[0006]第一方面，本专利技术提出了一种季铵盐改性的SiO2纳米材料，所述SiO2纳米材料包括SiO2纳米微球和接枝在其表面的如下所示的基团；
[0007][0008]所述季铵盐改性的SiO2纳米材料的粒径为10
‑
80nm。
[0009]作为本专利技术的具体实施方式，所述季铵盐改性的SiO2纳米材料是经由包括以下步骤的方法制备的：使SiO2纳米微球与季铵盐进行加热反应。
[0010]第二方面，本专利技术提供了一种季铵盐改性的SiO2纳米材料的其制备方法，包括以下步骤：使SiO2纳米微球与季铵盐进行加热反应。
[0011]作为本专利技术的具体实施方式，所述SiO2纳米微球是以正硅酸乙酯为硅源，通过溶胶
‑
凝胶法制备的。其反应方程式如下：
[0012]nSi(OC2H5)4+4nH2O
→
nSi(OH)4+4nC2H5OH(水解)
[0013]nSi(OH)4→
nSiO2+2nH2O(缩聚)
[0014]作为本专利技术的具体实施方式，制备SiO2纳米微球的方法包括以下步骤：
[0015]S11：将正硅酸乙酯与乙醇混合，得到第一溶液；
[0016]S12：将去离子水、浓氨水与乙醇混合，搅拌均匀得到第二溶液；
[0017]S13：将第一溶液与第二溶液混合，经搅拌、蒸发后，得到浓缩液；
[0018]S14：将步骤S13得到的浓缩液加入到甲苯中，搅拌离心挥发，得到白色SiO2固体。
[0019]作为本专利技术的具体实施方式，所述步骤S11中，正硅酸乙酯TEOS与无水乙醇的体积比为(4～5):100。
[0020]作为本专利技术的具体实施方式，所述步骤S12中，去离子水、浓氨水与乙醇的体积比为(0.1～1)：(5～10)：80；所述浓氨水浓度为25重量％～28重量％。
[0021]作为本专利技术的具体实施方式，所述第一溶液和第二溶液的混合方式不做限定，混合均匀即可，作为本专利技术优选的实施方案，搅拌方式优选为磁子搅拌，搅拌时间优选为0.5～2h。
[0022]作为本专利技术的具体实施方式，所述步骤S13中，所述第一溶液与第二溶液混合方式并无限定，为了反应更完全，优选地，第一溶液加入第二溶液的方式为滴定管逐滴加入；优选地，采用搅拌方式进一步混合均匀，更优选地，搅拌时间为15～24h。
[0023]作为本专利技术的具体实施方式，所述蒸发方式优选为旋转蒸发，具体参数优选为：压强低于0.01MPa，温度为20～50℃。
[0024]作为本专利技术的具体实施方式，所述浓缩液浓缩至原体积的5％～10％。
[0025]作为本专利技术的具体实施方式，所述步骤S14中，所述浓缩液加入甲苯的方式不做限定，为了反应更完全，优选为滴定管逐滴加入。例如，对于6ml的浓缩液，加入速度可以为1d/s。
[0026]作为本专利技术的具体实施方式，所述搅拌方式优选为转子高速搅拌1～5min。
[0027]作为本专利技术的具体实施方式，所述离心前用无水乙醇洗涤至少3次。
[0028]作为本专利技术的具体实施方式，使SiO2纳米微球与季铵盐进行加热反应的操作包括：
[0029]S21：将步骤S14得到的纳米SiO2与甲苯、水、γ
‑
氯丙基三甲氧基硅烷混合均匀，加热反应，甲苯抽提，干燥得到γ
‑
氯丙基三甲氧基硅烷改性的纳米二氧化硅；
[0030]S22：将γ
‑
氯丙基三甲氧基硅烷改性的纳米二氧化硅与N,N
‑
二甲基十四烷基叔胺混合，加热反应，乙腈抽提，真空干燥，得到N,N
‑
二甲基十四烷基叔胺改性的季铵盐改性的SiO2纳米材料。
[0031]具体地，在纳米SiO2表面键合季铵盐的反应方程式如下：
[0032][0033]作为本专利技术的具体实施方式，所述步骤S21中，所述SiO2纳米微球与γ
‑
氯丙基三甲氧基硅烷的用量比为5g：0.02～0.04mol，优选为5g：0.03～0.04mol，例如5g：0.0341mol。
[0034]作为本专利技术的具体实施方式，所述SiO2纳米微球与甲苯、水、γ
‑
氯丙基三甲氧基硅烷的质量体积比为3～8g：40ml：1～5ml。
[0035]作为本专利技术的具体实施方式，所述加热温度为80～90℃，反应5～10h。
[0036]作为本专利技术的具体实施方式，所述步骤S22中，所述γ
‑
氯丙基三甲氧基硅烷改性的纳米二氧化硅与N,N
‑
二甲基十四烷基叔胺的质量比为(0.8
‑
1.2)：1。
[0037]本专利技术中的上述原料均可自制，也可商购获得，本专利技术对此不作特别限定。
[0038]第三方面，本专利技术提供了所述季铵盐改性的SiO2纳米材料在压裂液领域的应用。
[0039]作为本专利技术的具体实施方式，将季铵盐改性的SiO2纳米材料均匀分散在已有压裂液中。
[0040]作为本专利技术的具体实施方式，所述季铵盐改性的SiO2纳米材料的添加量为0.1％～2％。
[0041]所述分散方式优选为超声波结合机械搅拌；季铵盐改性的SiO2纳米材料分散时间为3～8h；优选地，分散时间为5h。
[0042]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0043]1、本专利技术基于SiO2纳米微球的表面改性技术，成功制备出了季铵盐改性的SiO2纳米材料并对其配本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种季铵盐改性的SiO2纳米材料，其特征在于，所述SiO2纳米材料包括SiO2纳米微球和接枝在其表面的如下所示的基团；所述SiO2纳米材料的粒径为10
‑
80nm。2.根据权利要求1所述的季铵盐改性的SiO2纳米材料，其特征在于，所述SiO2纳米材料是经由包括以下步骤的方法制备的：使SiO2纳米微球与季铵盐进行加热反应。3.一种季铵盐改性的SiO2纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：使SiO2纳米微球与季铵盐进行加热反应。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述SiO2纳米微球是以正硅酸乙酯为硅源，通过溶胶
‑
凝胶法制备的。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，制备SiO2纳米微球的方法包括以下步骤：S11：将正硅酸乙酯与乙醇混合，得到第一溶液；S12：将去离子水、浓氨水与乙醇混合，搅拌均匀得到第二溶液；S13：将第一溶液与第二溶液混合，经搅拌、蒸发后，得到浓缩液；S14：将步骤S13得到的浓缩液加入到甲苯中，搅拌离心挥发，得到白色SiO2固体。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S11中，正硅酸乙酯与乙醇的体积比为(4～5):100。7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S12中，去离子水、浓氨水与乙醇的体积比为(0.1～1)：(5～10)：80；和/或所述浓氨水浓度为25重量％～28重量％。8.根据权利要求5
‑
7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S13中，所述第一溶液加入第二溶液的方式优选为滴定管逐滴加入；和/或所述蒸发方式优选为旋转蒸发，具体参数优选为：压强低于0.01MPa，温度为20～50℃；和/或所述浓缩液浓缩至原体积的5％～10％。9.根据权利要求5
‑
8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S14中，所述浓缩液加入甲苯的方式优选为滴定管逐滴加入；和/或所述离心前用无水乙醇洗...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄静，蒋廷学，王海涛，刘建坤，吴春方，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：